معرفی فرآیند احیای مستقیم در تولید فولاد

فرآیند احیای مستقیم در طی چند دهه اخیر، یکی از فرایندهای بسیار مهم در جهت تولید آهن آلات به شمار می رود.

تقریبا 75 درصد از کل آهن اسفنجی تولیدی در جهان با دو روش میدرکس و اچ وای ال تولید می شود.

امروزه بیشتر تولید فولاد در دنیا اختصاص به دو روش کوره بلند- کنورتور و احیای مستقیم - ذوب الکتریکی دارد که روش دوم به طور قابل توجهی در حال توسعه و پیشرفت می باشد.

فرایند تولید فولاد بر پایه احیای مستقیم - ذوب الکتریکی شامل دو مرحله تولید آهن اسفنجی و سپس تبدیل آن به فولاد در کوره قوس الکتریکی می باشد.

در روش احیای مستقیم، ذرات اکسیدی آهن در تماس با گازهای احیاکننده شامل H2، CO و CH4 در دمای 750 تا 900 درجه سانتی گراد احیا شده و به آهن اسفنجی تبدیل می گردند.

آهن اسفنجی معمولا دارای بیش از 90 درصد آهن به صورت فلزی می باشد که میل زیادی به ترکیب شدن با اکسیژن دارد.

صنایع مبتنی بر تولید آهن خام و فولاد از جمله صنایع جامع و زیربنایی کشورها هستند.

با توجه به مشکلات فرآیندها و روش های سنتی تولید آهن و همچنین در جهت بهینه سازی فرآیندهای صنعتی، در چند دهه اخیر روش های نوین در این صنعت بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

یکی از این روش ها، فرآیندهای احیای مستقیم است. در فرآیند احیا مستقیم با زغال سنگ در طی یک مجموعه واکنش های شیمیایی ناهمگن جامد -گاز احیا می شود.

در طی این واکنش ها، اکسیدهای آهن در طی چند مرحله از هماتیت به مگنتیت، از مگنتیت به وستیت و در نهایت از وستیت به آهن احیا می شوند.

اگرچه تولید فولاد را می توان به 4000 سال پیش و به عصر آهن مربوط دانست اما دوران مدرن صنعت فولادسازی در سال های پایانی دهه 1850 میلادی آغاز شد و از آن زمان به بعد، فولاد به بخش مهمی از اقتصاد صنعتی جهان تبدیل شده است.

امروزه تولید آهن و فولاد، یکی از اساسی ترین پایه های فعالیت های اقتصادی و صنعتی هر کشوری را تشکیل می دهد.

تعداد زیادی از صنایع پایه از قبیل حمل و نقل، ساختمان، ساخت ماشین آلات، معدن و دیگر صنایع مرتبط با تولید و انتقال انرژی به صنعت فولاد وابسته هستند.

از این رو، بهبود و توسعه این صنعت از اهمیت ویژه ای در زمینه توسعه اقتصادی در کشورها برخوردار است.

روش های فولادسازی:
به منظور تهیه آهن، باید ناخالصی هایی مانند اکسیژن را توسط احیای شیمیایی از سنگ آهن حذف کرد. روش های متفاوتی برای تولید آهن وجود دارد.

عمده این تولید توسط فرآیند کوره بلند انجام می شود. در کوره بلند سنگ آهن همراه با کک به عنوان عامل احیا کننده پس از طی فرآیندهایی وارد کوره شده و به صورت آهن مذاب کربن دارد خارج می شود که در نهایت این آهن مذاب در کانورتر به فولاد تبدیل می گردد.

برای سال های متمادی کوره بلند یکی از مهم ترین و کارآمدترین روش ها در زمینه تولید آهن بوده و در حال حاضر نیز بیش از 90 درصد آهن مورد نیاز در جهان را تامین می کند.

فرآیند تولید آهن توسط کوره بلند از نظر نرخ تولید؛ بازدهی بالایی دارد اما نیازمند مواد خام با کیفیت است.

آهن در کوره بلند توسط احتراق کک تولید می شود و با توجه به کاهش منابع زغال سنگ های کک شو، قیمت کک در حال افزایش است.

همچنین مراحل آماده سازی مواد اولیه این فرآیند مانند کلوخه سازی، کک سازی و سینترینگ هزینه بالایی را بر صنعت فولاد تحمیل می کنند.

در نتیجه می توان گفت کوره بلند به دلیل مشکلات اقتصادی و زیست محیطی ناشی از بکارگیری کک و سینترینگ در صنعت فولاد آینده نامشخصی خواهد داشت.

بنابراین با توجه به وجود منابع عظیم زغال سنگ کک نشو در جهان، هزینه های بالای مراحل آماده سازی و اهمیت روز افزون مسائل زیست محیطی گرایش به سمت روش های جدید و جایگزین در این زمینه روز به روز بیشتر می شود.

یکی از این روش ها، تولید آهن توسط فرآیند احیا مستقیم است.

در این گونه فرآیندها، تعدادی از مراحل آماده سازی حذف شده و در نتیجه هزینه ها و آلودگی های مربوط به کل فرآیند به صورت قابل توجهی کاهش می یابد.

فرآیند احیا مستقیم یکی از روش های نوین برای تولید آهن است که در آن بدون استفاده از فرآیند کک سازی و یا حتی در برخی موارد بدون کلوخه سازی؛ آهن تولید می شود.

احیای مستقیم اکسیدهای آهن توسط کربن در دهه های اخیر به صورت گسترده ای بررسی شده است.

هزینه های سرمایه گذاری، راه اندازی و نگه داری فرآیند احیا مستقیم در مقایسه با سایر روش های موجود بسیار کمتر بوده و می توان از آن در واحدهای کوچک فولادسازی با توجیه اقتصادی مناسب استفاده کرد.

همچنین این روش برای بسیاری از کشورهای در حال توسعه که با کمبود منابع زغال سنگ کک شود و با کیفیت روبرو هستند گزینه بسیار مناسبی است.